Эколог Принстонской болезни C. Джессика Меткалф и гарвардский врач и эпидемиолог Майкл Мина говорят, что прогнозирование болезни может стать таким же обычным явлением, как прогнозирование погоды. Глобальная иммунологическая обсерватория, как метеорологический центр, прогнозирующий торнадо или ураган, предупредит мир раньше, чем когда-либо прежде, об опасных появляющихся патогенах, таких как SARS-CoV-2.
В конце октября 1859 года на Британские острова обрушился один из самых разрушительных штормов века. Ветры, оцениваемые со скоростью более 100 миль в час, завывали над Ирландским морем. Шторм уничтожил 133 корабля и привел к гибели не менее 800 человек, более половины из них – по Королевской хартии, паровой машинке, построенной для того, чтобы справиться с увеличивающимся потоком золотой лихорадки в Австралию.
Несмотря на первые признаки надвигающегося шторма, капитан двинулся вперед вместо того, чтобы искать укрытия. Он был застигнут врасплох штормом, который накрыл корабль и бросил его к скалистой береговой линии. Любое предупреждение о силе шторма предотвратило бы трагедию.
В то время предсказание шторма считалось невозможным, а некоторые даже считали его кощунственным. Но после катастрофы, связанной с Королевской хартией, один ученый был убежден, что ее можно было предотвратить.
Роберт Фицрой, более известный как капитан Чарльза Дарвина на борту HMS Beagle, возглавил новую программу по каталогизации наблюдений за погодой, сделанных с судов в море. Используя свои растущие знания о погодных условиях и свой арсенал карт, барометров и термометров, Фитцрой продемонстрировал, что он мог предсказать шторм, давая время кораблям изменить курс. Прогноз погоды – термин, придуманный Фитцрой – может спасти бесчисленное количество жизней.
Ранние методы Фитцрой бледнеют по сравнению с глобальными объединенными усилиями, которые теперь производят наши почасовые прогнозы погоды. Тысячи буев, разбросанных по мировым океанам, измеряют температуру поверхности моря. Метеостанции и спутники передают данные в сложные компьютерные модели. Любой, у кого есть компьютер или смартфон, может получить (в основном) точную картину текущей и будущей погоды в любой точке мира. Мы считаем само собой разумеющимся нашу способность проверять прогноз.
Сегодня мы попали в шторм другого рода. Подобно капитану и команде Королевской хартии, мир был застигнут врасплох – на этот раз ужасной болезнью.
COVID-19 – не первая глобальная пандемия и не последняя. Возникновение болезней, от Черной смерти до нового коронавируса, столь же непредсказуемо, как и погода в прошлые века. Теперь ученые из Принстона в сотрудничестве с другими работают над созданием будущего, в котором пандемии будут предсказаны, подготовлены и – в некоторых случаях – предотвращены.
"Эта пандемия сделала что-то очевидным, так это то, что здоровье любого из нас – это здоровье всех нас," сказал C. Джессика Меткалф, эколог из Принстонского университета.
Меткалф вместе с эпидемиологами и иммунологами из Принстона, Гарвардского университета, Wellcome Trust и Национальных институтов здравоохранения выдвинул идею нового революционного подхода к глобальному здоровью – способ сделать прогнозирование болезней таким же обычным делом, как прогнозирование погоды.
Они называют это Глобальной иммунологической обсерваторией или GIO. Подобно метеорологическому центру, он будет следить за здоровьем мира, систематически и согласованно собирая данные. И, как метеорологический центр, прогнозирующий торнадо или ураган, GIO может предупредить мир раньше, чем когда-либо прежде, об опасном появляющемся патогене, таком как SARS-CoV-2.
Если бы такой подход существовал, страны могли бы инициировать более согласованные и глобальные ответные меры на раннем этапе пандемии коронавируса, потенциально спасая бесчисленное количество жизней.
"Мы сделаем все возможное, чтобы это произошло, потому что было бы безумием не," – сказал Меткалф, доцент кафедры экологии, эволюционной биологии и связей с общественностью Принстонской школы общественных и международных отношений.
Какой сегодня прогноз здоровья?
Это декабрь. Вы собираетесь в поездку домой на праздники. Смартфон сообщает, что в Миннеаполисе ожидается минусовая температура, поэтому собирайте тяжелое зимнее пальто. Вы прокручиваете вниз и узнаете, что ваш домашний почтовый индекс особенно сильно заболел сезонным гриппом. Вы добавляете в сумку несколько масок, на всякий случай.
"Каждый день родители смотрят на своих детей и говорят:, "У тебя насморк, интересно, что это? Может это грипп," сказал Майкл Мина, врач и доцент эпидемиологии Гарвардского университета.ЧАС. Школа общественного здравоохранения Чан. "Идем к врачу. Но в большинстве стран мира такой возможности нет."
GIO предоставит родителям возможность проверить местные условия болезни. Может быть, родитель узнает, что это местная вспышка простуды, а не гриппа, и поэтому пропускает поход к врачу. Пребывание дома экономит время, ресурсы и предотвращает дальнейшее распространение болезни.
Меткалф и Мина были двумя ведущими авторами статьи, посвященной GIO, в выпуске журнала eLife за июнь 2020 г. Другими соавторами были ведущие иммунологи и экологи болезней: Адриан Макдермотт и Дэниел Дуэк из Центра исследования вакцин Национального института аллергии и инфекционных заболеваний; Джереми Фаррар, директор Wellcome Trust; и Брайан Гренфелл, профессор Кэтрин Бригер и Сары Фентон по экологии, эволюционной биологии и связям с общественностью.
Мина, которая до прихода в Гарвард вместе с Гренфеллом проводила в Принстоне постдокторское исследование динамики инфекционных заболеваний, считает GIO открытым и доступным ресурсом для всех, предоставляющим данные об иммунитете по почтовому индексу.
Но его полезность в "мирного времени"- то, что эпидемиологи называют периодом между пандемиями, – это просто бонус. Его истинная сила – обнаруживать новые патогены и действовать как система раннего предупреждения.
"Если бы у нас был этот запуск, мы бы точно смогли обнаружить SARS-CoV-2," Мина сказала.
С самыми ранними сообщениями из Китая ученые были бы в состоянии повышенной готовности к странным сигналам в потоке данных об иммунитете, поступающих в GIO. Они смогли бы обнаружить уникальную картину, возникающую в регионах, рано пострадавших от пандемии, таких как Нью-Йорк, Вашингтон и район залива Сан-Франциско. Первое обнаружение этих сигналов дало бы правительству. Эндрю Куомо из Нью-Йорка: огневая мощь на основе данных для закрытия Нью-Йорка месяцем ранее, – заявила Мина.
"И это спасло бы десятки тысяч жизней," он сказал.
GIO потребует беспрецедентного уровня сотрудничества между учеными и врачами, правительствами и гражданами по всей планете. И это потребует крови.
"Я думаю о теле как о постоянно регистрирующем устройстве для обнаружения патогенов," Мина сказала. "Все, что нам нужно сделать, это подключиться к жестким дискам, которые представляют собой плазматические клетки и антитела, чтобы лучше понять, что происходит в нашей среде."
Кровь предоставит данные, которые будут управлять обсерваторией. Антитела, Y-образные белки, отвечающие за обнаружение и нейтрализацию захватчиков, находятся в нашей сыворотке крови. Они вырабатываются в ответ на инфекции, но каждое антитело может связываться только с определенным патогеном.
Типы и количество антител, содержащихся в нашей сыворотке, отражают прошлые и настоящие битвы нашей иммунной системы – каталог патогенов, с которыми она столкнулась, будь то инфекция или вакцина.
До недавнего времени большинство тестов сыворотки крови выявляли антитела к одному патогену за раз. Но недавние открытия значительно расширили эту возможность. Один из примеров, метод VirScan, разработанный в Гарвардской медицинской школе в 2015 году, может обнаруживать более 1000 патогенов, включая все более 200 известных вирусов, заражающих людей, из одной капли крови.
Используя капли крови, взятые у людей со всего земного шара, такие методы, как VirScan, могут быстро нарисовать картину коллективной иммунной системы человечества. Чем разнообразнее эта кровь, тем лучше будет разрешение картинки.
"Мы просто хотим бросить на это все," Меткалф сказал. "Большая часть работы будет связана с интерпретацией того, что мы видим."
Уже существуют надежные методы сбора сыворотки крови в больших масштабах – подумайте о существующих банках крови, поддерживаемых индивидуальными пожертвованиями. Для людей, которые решат внести свой вклад, они могут узнать о своем собственном иммунитете и о том, к каким заболеваниям они могут быть подвержены.
Как только данные от достаточного количества людей будут собраны, ученые смогут получить важную информацию об угрозах, с которыми сталкивается иммунная система человечества. Какие демографические группы больше всего страдают от сезонного гриппа на Тайване? Какой вирус вызвал вспышку холода в Северной Дакоте в этом году?
Концепция GIO находится в стадии разработки, где-то между идеей и реальностью. Мина занимается финансированием и строительством флагманской лаборатории в Бостоне. Его первый проект начнется в рамках партнерства с компанией, у которой есть центры донорства плазмы в Соединенных Штатах.
Первый проект GIO, обработанный десятками тысяч образцов, предоставленных людьми из Соединенных Штатов, станет примером его глобального потенциала в миниатюре.
"Мы работаем по логике “построй, и они придут”," Меткалф сказал.
Темная материя эпидемиологии
По данному заболеванию популяцию можно разделить на три группы: восприимчивые, инфицированные и выздоровевшие. Большая часть того, что мы знаем о COVID-19, получена на основе данных об активных случаях заболевания и смертности. Но это описывает только среднюю категорию. Два других составляют то, что Меткалф и Мина называют "темная материя" эпидемиологии. Во время вспышки заболевания GIO освещает эти плохо изученные категории.
Восприимчивость оценить сложно, но она имеет решающее значение для описания прогрессирования болезни в популяции. По мере того, как все больше людей приобретают иммунитет в результате инфекции или вакцинации, число восприимчивых людей сокращается. Но определение групп населения, которые остаются уязвимыми, может помочь предотвратить неожиданное возобновление инфекций.
Он указывает специалистам в области общественного здравоохранения, если и где могут произойти новые вспышки.
Именно это и стремились исследовать ученые лаборатории Меткалфа на Мадагаскаре. Эми Винтер, в настоящее время научный сотрудник Школы общественного здравоохранения Блумберга Джонса Хопкинса, возглавила работу по исследованию образцов сыворотки крови для изучения той части населения Мадагаскара, которая была восприимчива к кори.
До 2004 года в стране регистрировались десятки тысяч ежегодных случаев кори, когда повсеместная вакцинация успешно снизила количество заболевших до нескольких. Несмотря на это успешное смягчение последствий, должностным лицам общественного здравоохранения не хватало данных о той части населения, которая оставалась уязвимой, поскольку они не были вакцинированы.
Исследователи полагали, что снижение числа случаев заболевания может отражать период медового месяца, когда вакцинация значительно замедлила распространение вируса, несмотря на то, что многие восприимчивые люди остались в популяции. Чтобы выяснить это, Уинтер исследовал существующие образцы сыворотки крови, которые были собраны за несколько лет до этого, чтобы проверить, действительно ли иммунитет так широко распространен, как предполагала низкая нагрузка.
Образцы сыворотки были далеки от идеала – например, они не были взяты из репрезентативной выборки населения. Меткалф сказал, что любой классический эпидемиолог был бы разочарован этими данными. Тем не менее, какими бы несовершенными они ни были, данные в подавляющем большинстве показали, что многим людям не хватало защиты от болезни.
"Однозначно, что бы мы ни бросили в это, мы просто продолжали видеть, что надвигается вспышка," Меткалф сказал.
К сожалению, их прогноз оказался верным. Осенью 2018 г. произошла вспышка кори, которая привела к эпидемии, особенно среди детей раннего возраста. Постоянный надзор за антителами в сыворотке крови позволил бы описать степень восприимчивости людей задолго до возникновения вспышки. Тогда усилия по вакцинации могли быть нацелены на уязвимую группу населения, и можно было предотвратить еще одну трагедию.
Лоскутный ответ в лохмотьях
Пандемия COVID-19 вызвала неоднозначную и неоднозначную реакцию во всем мире. Некоторые правительства, особенно те, которые были на переднем крае предыдущих пандемий, эффективно координировали ответные меры в первые дни. Возможно, нигде не было проиллюстрировано лоскутное одеяло, и его последствия ощущались более остро, чем в Соединенных Штатах. Несмотря на самый высокий уровень смертности в мире, даже простое вмешательство, такое как запрет на использование масок, вызывает политические разногласия.
"На протяжении десятилетий общественное здравоохранение и эпиднадзор за инфекционными заболеваниями все меньше финансировались – люди не осознавали необходимости," Мина сказала. "Потребовалась одна масштабная пандемия, чтобы поставить нашу страну на колени. Наличие систем заранее просто необходимо."
Как показал COVID-19, многие люди.S. системам не хватает сплоченности: от государств, не согласных с правилами изоляции, такими как ношение масок, до отсутствия всеобщего медицинского обслуживания. Создание GIO – революционных усилий по укреплению единства в области общественного здравоохранения в глобальном масштабе – может оказаться непростой задачей для страны, которая в настоящее время изо всех сил пытается предоставить своим гражданам тесты или базовую медицинскую помощь.
"Ирония не потеряна," сказал Мэтью Феррари, адъюнкт-профессор биологии Центра динамики инфекционных заболеваний при Университете штата Пенсильвания, который не участвует в проекте. Но Ferrari считает, что именно поэтому США должны возглавить усилия.
"Мы выиграем, создавая справедливость в пределах наших границ, а также создавая справедливость во всем мире," он сказал.
Несмотря на поддержку, Ferrari обеспокоена реализацией GIO. Он указывает, что правительства не всегда хорошо работают вместе, а люди плохо готовятся к будущему.
"В таких упреждающих инвестициях есть реальная сила," он сказал. "Я скептически отношусь к способности наладить глобальную координацию ответных действий."
Осознание того, что надвигается катастрофа, не всегда вдохновляет людей на изменение своего поведения. Рассмотрим, например, изменение климата. Где-то между оптимизмом и пессимизмом существует наиболее вероятное человеческое поведение: амбивалентность.
"Я думаю, что история показала, что амбивалентность правит чаще, чем нет," Феррари сказал. Вспышка лихорадки Эбола в Западной Африке в период с 2014 по 2016 год угрожала глобальной пандемией. Но, несмотря на попытки ученых умолять правительства инвестировать в предотвращение следующего, "вот и мы в 2020 году," он сказал.
"Человечности людей в Западной Африке должно было хватить, чтобы мы занимались в прошлый раз," он сказал.
Может, на этот раз все будет по-другому. Может быть, из-за болезни, угрожающей самым богатым странам мира, эта катастрофа будет стимулировать инвестиции в инфраструктуру, чтобы подготовиться к следующей.
Если GIO успешно предотвращает пандемии, это может сделать угрозу заболевания менее серьезной. В случае COVID-19 некоторые отрицатели вируса указывают на сглаженные кривые как на доказательство того, что вирус не так заразен или смертоносен, как утверждают эксперты в области общественного здравоохранения.
"Это как поднять зонтик, и все облака исчезнут," Меткалф сказал.
По ее словам, пандемия COVID-19 является ярким напоминанием о том, что разрушительные последствия болезней – это не только суровая реальность в далеких бедных странах. Самодовольство богатых стран демонстрирует, что одни только огромные ресурсы не могут компенсировать отсутствие сплоченного руководства и надежной инфраструктуры.
GIO поможет миру подготовиться к следующей большой пандемии, но он также может сократить "предыстория трагедии," к которому Меткалф говорит, что мы все потеряли чувствительность.
"Есть множество инфекций, от которых мы больше не должны умирать," Меткалф сказал.
Не всегда удается избежать плохой погоды, но прогнозы могут помочь нам подготовиться. Для некоторых штормов может потребоваться только зонт или дождевик. Другие могут отправить нас в поисках убежища. GIO не может предотвратить возникновение следующей болезни или следующей вспышки. Но благодаря огромному количеству информации, доступной всем – чиновникам здравоохранения, политикам и родителям, – способность подготовиться к нашей следующей встрече с инфекционным заболеванием может быть у нас под рукой.
Следующая ужасная буря может разворачиваться прямо за горизонтом. Мы должны быть готовы к этому.